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ES2962547T3 - System and procedure to evaluate grip safety - Google Patents

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ES2962547T3
ES2962547T3 ES18845497T ES18845497T ES2962547T3 ES 2962547 T3 ES2962547 T3 ES 2962547T3 ES 18845497 T ES18845497 T ES 18845497T ES 18845497 T ES18845497 T ES 18845497T ES 2962547 T3 ES2962547 T3 ES 2962547T3
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contact surface
sensor
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contact
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ES18845497T
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Spanish (es)
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Stephen James Redmond
Heba Khamis
Benjamin Xia
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Contactile Pty Ltd
Original Assignee
Contactile Pty Ltd
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Abstract

Un sistema para evaluar la seguridad del agarre, comprendiendo el sistema: una superficie de contacto que tiene al menos una primera región de superficie de contacto y una segunda región de superficie de contacto, estando configurada la primera región de superficie de contacto para resistir menos deslizamiento que la segunda región de superficie de contacto, un sensor para detectar deslizamiento en la primera región de contacto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A system for evaluating grip security, the system comprising: a contact surface having at least a first contact surface region and a second contact surface region, the first contact surface region being configured to resist less slipping than the second contact surface region, a sensor to detect slip in the first contact region. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Sistema y procedimiento para evaluar seguridad de agarre System and procedure to evaluate grip safety

CAMPO TÉCNICOTECHNICAL FIELD

La presente divulgación se refiere a un sistema y un procedimiento para evaluar la seguridad de agarres. The present disclosure relates to a system and procedure for evaluating grip safety.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICABACKGROUND OF THE TECHNIQUE

Agarrar y levantar objetos con pinzas robóticas es una tarea difícil. Las pinzas robóticas no tienen la capacidad de la mano humana para detectar información valiosa sobre el objeto y la interfaz de contacto. En la mayoría de los casos, las pinzas no disponen de retroalimentación táctil. Las que sí disponen de retroalimentación táctil suelen medir una característica, por ejemplo las fuerzas de agarre, o detectan el objeto que se desliza del agarre. Aunque el diseño de pinzas robóticas y protésicas sigue evolucionando, tratando de emular la destreza de la mano humana, aún está lejos de conseguir un desempeño comparable. Grasping and lifting objects with robotic grippers is a difficult task. Robotic grippers do not have the ability of the human hand to detect valuable information about the object and the contact interface. In most cases, tweezers do not have tactile feedback. Those that do have tactile feedback usually measure a characteristic, for example grip forces, or detect the object that slips from the grip. Although the design of robotic and prosthetic grippers continues to evolve, trying to emulate the dexterity of the human hand, it is still far from achieving comparable performance.

El campo de la detección táctil es muy activo y pretende colmar esta laguna; sin embargo, la mayoría de los sensores táctiles existentes se centran en determinar las fuerzas normales y tangenciales en la interfaz. Aunque estas magnitudes son importantes, sin duda hay otros parámetros táctiles que también lo son para la manipulación diestra. Dos de estos parámetros son el coeficiente de fricción estática (ms) y la aparición y el alcance del deslizamiento incipiente. The field of tactile sensing is very active and aims to fill this gap; However, most existing touch sensors focus on determining normal and tangential forces on the interface. Although these magnitudes are important, there are undoubtedly other tactile parameters that are also important for dexterous manipulation. Two of these parameters are the coefficient of static friction (ms) and the occurrence and extent of incipient slip.

El coeficiente de fricción estática de la interfaz de contacto ayuda a determinar la fuerza mínima de agarre (normal) necesaria para sujetar un objeto de un determinado peso (fuerza tangencial). En determinadas posturas de agarre, si se estima con precisión el coeficiente de fricción estática y se puede medir la fuerza tangencial, se puede ajustar la fuerza (normal) de agarre para sujetar con seguridad el objeto. The coefficient of static friction of the contact interface helps determine the minimum gripping force (normal) necessary to hold an object of a given weight (tangential force). In certain gripping postures, if the coefficient of static friction is accurately estimated and the tangential force can be measured, the (normal) grip force can be adjusted to securely hold the object.

En la bibliografía se han descrito varios sensores táctiles para medir el coeficiente de fricción estática y la aparición y el alcance del deslizamiento incipiente, como por ejemplo el descrito en "Slip classification for dynamic tactile array sensors" de Barrett Heyneman y Mark R. Cutkosky, en The International Journal of Robotics Research 2016, Vol. 35(4) 404-421. Sin embargo, muchos de estos sensores adolecen de una o varias de las siguientes limitaciones: Various tactile sensors have been described in the literature to measure the coefficient of static friction and the occurrence and extent of incipient slip, such as that described in "Slip classification for dynamic tactile array sensors" by Barrett Heyneman and Mark R. Cutkosky, in The International Journal of Robotics Research 2016, Vol. 35(4) 404-421. However, many of these sensors suffer from one or more of the following limitations:

(i) la necesidad de explorar el objeto antes de intentar agarrarlo, (i) the need to explore the object before attempting to grasp it,

(ii) la aparición de un deslizamiento grosero durante la manipulación antes de obtener una medición del coeficiente de fricción estática, (ii) the appearance of gross slip during handling before obtaining a measurement of the coefficient of static friction,

(iii) la incapacidad de proporcionar una medición continua del coeficiente de fricción estática en caso de condiciones de fricción cambiantes, y (iii) the inability to provide a continuous measurement of the coefficient of static friction in the event of changing friction conditions, and

(iv) la necesidad de controlar continuamente las fuerzas normales y tangenciales. (iv) the need to continually control normal and tangential forces.

Algunos de estos problemas pueden ser resueltos o mitigados o al menos una alternativa puede ser proporcionada dentro de la presente divulgación. Some of these problems may be resolved or mitigated or at least an alternative may be provided within the present disclosure.

Una alternativa a la medición del coeficiente de fricción estática es la detección de un deslizamiento incipiente y el ajuste de la fuerza de agarre en caso de que se produzca. El deslizamiento incipiente se define como un desplazamiento relativo que tiene lugar en una región localizada de la interfaz de contacto, mientras que el deslizamiento total implica un desplazamiento relativo en toda la interfaz de contacto. Sin embargo, en la actualidad, todavía no existe una tecnología dominante y bien establecida para detectar artificialmente el deslizamiento, a pesar de la multitud de sensores de deslizamiento de los que se informa en la bibliografía. An alternative to measuring the coefficient of static friction is to detect incipient slippage and adjust the grip force if it occurs. Incipient slip is defined as a relative displacement that occurs in a localized region of the contact interface, while total slip implies a relative displacement across the entire contact interface. However, at present, there is still no dominant and well-established technology to artificially detect slippage, despite the multitude of slip sensors reported in the literature.

Por lo tanto, sería ventajoso para la técnica si un dispositivo fuera capaz de detectar con precisión el deslizamiento incipiente mientras el agarre está todavía asegurado, permitiendo así la modulación de la fuerza antes de que se experimente la pérdida total del agarre. Therefore, it would be advantageous to the art if a device were capable of accurately detecting incipient slippage while the grip is still secured, thus allowing modulation of force before complete loss of grip is experienced.

Investigadores del MIT han desarrollado un dispositivo para detectar deslizamientos incipientes llamado GelSight. El mismo usa una silicona transparente y una cámara para medir el deslizamiento en la zona de contacto siguiendo el movimiento de un patrón de puntos tatuado en la silicona. Sin embargo, su capacidad para detectar un deslizamiento incipiente es limitada, ya que utiliza una superficie plana y contigua. La superficie plana limita el establecimiento de un diferencial de presión, y por tanto de tracción diferencial, a través de la interfaz de contacto. La naturaleza contigua del material elastómero de detección desalienta la independencia de movimiento entre diferentes regiones localizadas de la interfaz de detección, lo que desalienta aún más la aparición de un deslizamiento incipiente. El sensor GelSight también está limitado a la detección de eventos táctiles de frecuencia relativamente baja, ya que depende del procesamiento de imágenes de un flujo de vídeo para detectar el movimiento de la silicona en la interfaz de contacto. MIT researchers have developed a device to detect incipient landslides called GelSight. It uses a transparent silicone and a camera to measure sliding in the contact area by following the movement of a dot pattern tattooed on the silicone. However, its ability to detect incipient landslide is limited since it uses a flat, contiguous surface. The flat surface limits the establishment of a pressure differential, and therefore differential traction, across the contact interface. The contiguous nature of the sensing elastomeric material discourages independence of motion between different localized regions of the sensing interface, further discouraging the occurrence of incipient slip. The GelSight sensor is also limited to detecting relatively low-frequency touch events, as it relies on image processing of a video stream to detect movement of the silicone at the contact interface.

Sería además ventajoso para la técnica existente, disponer de un dispositivo sensor táctil capaz de detectar y señalizar de forma fiable un deslizamiento inminente, estimando simultáneamente la fricción, independientemente del material con el que estuviera en contacto. It would also be advantageous for the existing technique to have a tactile sensor device capable of reliably detecting and signaling an imminent slip, simultaneously estimating the friction, regardless of the material with which it was in contact.

RESUMENSUMMARY

Se divulga un sistema para evaluar la seguridad de agarre, el sistema comprende una superficie de contacto que comprende una pluralidad de protuberancias que se extienden desde una superficie de base, en la que la superficie de contacto tiene al menos una primera región de superficie de contacto y una segunda región de superficie de contacto, estando la primera región de superficie de contacto configurada para resistir el deslizamiento menos que la segunda región de superficie de contacto. Las protuberancias de la primera región de la superficie de contacto se extienden fuera de la superficie de base a una distancia menor que las protuberancias de la segunda región de la superficie de contacto. El sistema divulgado comprende además un sensor para detectar el deslizamiento en la primera región de contacto. A system for evaluating grip security is disclosed, the system comprises a contact surface comprising a plurality of protuberances extending from a base surface, wherein the contact surface has at least a first contact surface region and a second contact surface region, the first contact surface region being configured to resist slippage less than the second contact surface region. The protuberances of the first region of the contact surface extend away from the base surface at a shorter distance than the protuberances of the second region of the contact surface. The disclosed system further comprises a sensor for detecting slippage in the first contact region.

La detección del deslizamiento puede utilizarse para evaluar la seguridad del agarre y proporcionar información dentro del sistema, de modo que se aumente la fuerza de agarre para incrementar la seguridad del agarre. Slip detection can be used to evaluate grip safety and provide feedback within the system so that grip force is increased to increase grip safety.

En algunas realizaciones preferidas, las protuberancias son deformables. In some preferred embodiments, the protrusions are deformable.

En algunas formas, las protuberancias son compresibles. En algunas formas, las protuberancias tienen forma de pilares alargados. In some forms, the bumps are compressible. In some forms, the protuberances are shaped like elongated pillars.

En algunas realizaciones, las protuberancias pueden colocarse formando un conjunto. In some embodiments, the protuberances may be positioned as an assembly.

También se divulga un procedimiento para evaluar la seguridad de agarre, el procedimiento comprende detectar el deslizamiento en una superficie de contacto, en donde la superficie de contacto comprende una pluralidad de protuberancias que se extienden desde una superficie de base, en donde la superficie de contacto tiene al menos una primera región de superficie de contacto y una segunda región de superficie de contacto, estando la primera región de superficie de contacto configurada para resistir el deslizamiento menos que la segunda región de superficie de contacto. Las protuberancias de la primera región de la superficie de contacto se extienden fuera de la superficie de base a una distancia menor que las protuberancias de la segunda región de la superficie de contacto. Also disclosed is a method for evaluating grip security, the method comprising detecting slippage on a contact surface, wherein the contact surface comprises a plurality of protuberances extending from a base surface, wherein the contact surface has at least a first contact surface region and a second contact surface region, the first contact surface region being configured to resist sliding less than the second contact surface region. The protuberances of the first region of the contact surface extend away from the base surface at a shorter distance than the protuberances of the second region of the contact surface.

El procedimiento comprende la etapa de detectar el deslizamiento en la primera región de la superficie de contacto mediante un sensor. The method comprises the step of detecting the slip in the first region of the contact surface by means of a sensor.

La variación de la altura o distancia de la protuberancia respecto a la superficie de base es ventajosa, ya que permite al sistema detectar un deslizamiento incipiente. Varying the height or distance of the protuberance with respect to the base surface is advantageous, since it allows the system to detect incipient slippage.

La diferencia en las alturas de las protuberancias hace que éstas experimenten una fuerza normal dependiente de la distancia que la protuberancia se extiende desde la superficie de base cuando las protuberancias se comprimen hasta la misma altura final. Cuando también se aplica una fuerza tangencial, suponiendo que las protuberancias no se doblan de forma apreciable, todas las protuberancias que tienen la misma sección transversal experimentan la misma fuerza tangencial. En consecuencia, la relación entre la fuerza tangencial y la fuerza normal experimentada por cada protuberancia varía con la diferencia de altura de las protuberancias. Si además se supone que la superficie del sensor mantiene un coeficiente de fricción estática constante, cuando la fuerza tangencial aumenta, la protuberancia sometida a la fuerza normal más baja (es decir, la protuberancia más corta cuando el dispositivo está descargado) se deslizará primero cuando la relación entre la fuerza tangencial y la normal sea mayor que el coeficiente de fricción estática. A medida que la fuerza tangencial siga aumentando, la siguiente protuberancia más corta deslizará, y así sucesivamente, hasta que la protuberancia más alta se haya deslizado. De este modo, cada evento de deslizamiento incipiente actúa como una advertencia de que la fuerza de agarre/normal debe aumentarse para mantener el agarre de un objeto estable. The difference in heights of the protuberances causes them to experience a normal force dependent on the distance the protuberance extends from the base surface when the protuberances are compressed to the same final height. When a tangential force is also applied, assuming that the protrusions do not bend appreciably, all protrusions that have the same cross section experience the same tangential force. Consequently, the relationship between the tangential force and the normal force experienced by each protuberance varies with the difference in height of the protuberances. If it is further assumed that the sensor surface maintains a constant coefficient of static friction, as the tangential force increases, the protrusion subjected to the lowest normal force (i.e., the shortest protrusion when the device is unloaded) will slide first when the ratio between the tangential force and the normal force is greater than the coefficient of static friction. As the tangential force continues to increase, the next shorter bump will slide, and so on, until the tallest bump has slid. Thus, each incipient sliding event acts as a warning that grip/normal force must be increased to maintain the grip of a stable object.

En otra realización de la divulgación, el movimiento de las protuberancias individuales puede ser independiente uno del otro. El movimiento independiente de al menos dos pilares es ventajoso porque permite medir el movimiento relativo en la superficie de contacto, que puede producirse sólo a distintos niveles a lo largo de la superficie de contacto. In another embodiment of the disclosure, the movement of the individual protuberances may be independent of each other. The independent movement of at least two pillars is advantageous because it allows measurement of relative movement at the contact surface, which can occur only at different levels along the contact surface.

En otra realización de la divulgación, la fuerza normal experimentada por una protuberancia en la primera región de contacto es menor que la de una protuberancia en la segunda región de contacto. In another embodiment of the disclosure, the normal force experienced by a protrusion in the first contact region is less than that of a protrusion in the second contact region.

En otra realización de la divulgación, las protuberancias son pilares. In another embodiment of the disclosure, the protuberances are pillars.

En otra realización de la divulgación, un primer extremo de una protuberancia está conectado a la superficie de base, y un segundo extremo opuesto de la protuberancia forma una punta redondeada o esférica o no plana. In another embodiment of the disclosure, a first end of a protrusion is connected to the base surface, and an opposite second end of the protrusion forms a rounded or spherical or non-flat tip.

En otra realización de la divulgación, la superficie de contacto está fabricada principalmente de silicona. In another embodiment of the disclosure, the contact surface is primarily made of silicone.

En algunas realizaciones de la divulgación, la superficie de base puede ser plana, mientras que en otras realizaciones la superficie de base puede ser no plana. Cuando la superficie del objeto que se agarra es plana, la compresión relativa de cada protuberancia puede determinarse fácilmente con respecto a una superficie de base común, incluso si la superficie de base no es plana. Las fuerzas en tres dimensiones pueden medirse independientemente de la forma de la superficie o de si la superficie de base no es plana. In some embodiments of the disclosure, the base surface may be planar, while in other embodiments the base surface may be non-planar. When the surface of the grasped object is flat, the relative compression of each protrusion can be easily determined with respect to a common base surface, even if the base surface is not flat. Forces in three dimensions can be measured regardless of the shape of the surface or whether the base surface is not flat.

El sensor puede tener varias formas. The sensor can have various shapes.

En algunas formas, se coloca un sensor detrás de la superficie de base en un lugar adyacente a cada cavidad. In some forms, a sensor is placed behind the base surface at a location adjacent to each cavity.

En algunas formas, el sensor está adaptado para detectar un deslizamiento incipiente. In some forms, the sensor is adapted to detect incipient slip.

En algunas formas, el sensor está adaptado para estimar la fricción. In some forms, the sensor is adapted to estimate friction.

En algunas formas, entre el sensor y la cavidad hay una abertura de diámetro inferior al de la cavidad. In some forms, between the sensor and the cavity there is an opening that is smaller in diameter than the cavity.

En algunas formas, el sensor comprende un fotodiodo cuadrante configurado para detectar la luz que emana de los LED situados en un lado de la cavidad de la superficie de base dentro de una protuberancia determinada, que se refleja desde un reflector situado en el extremo distal de la cavidad o cerca de él y que viaja a través de la abertura hasta el sensor. In some forms, the sensor comprises a quadrant photodiode configured to detect light emanating from LEDs located on one side of the base surface cavity within a given protrusion, which is reflected from a reflector located at the distal end of the cavity or near it and travels through the opening to the sensor.

En algunas formas, las protuberancias tienen una cavidad interna, y el sensor comprende una matriz CCD, estando el sistema configurado de tal manera que la matriz CCD detecta la luz que emana de la superficie de base hacia la cavidad, reflejándose desde un reflector situado en el extremo distal de la cavidad, y viajando a través de una abertura en la superficie de base hacia el sensor. In some forms, the protuberances have an internal cavity, and the sensor comprises a CCD array, the system being configured such that the CCD array detects light emanating from the base surface into the cavity, reflecting from a reflector located in the distal end of the cavity, and traveling through an opening in the base surface towards the sensor.

En algunas formas, la compresión de las protuberancias en el eje z normal a la superficie de base da lugar a la expansión del diámetro del punto luminoso detectado. In some forms, compression of the protrusions in the z-axis normal to the base surface results in expansion of the diameter of the detected light spot.

En algunas formas, las protuberancias tienen una cavidad interna, y el sensor comprende una matriz CMOS sensible a la luz, estando el sistema configurado de tal manera que la matriz CMOS sensible a la luz detecta la luz que emana de la superficie de base hacia la cavidad, reflejándose desde un reflector situado en el extremo distal de la cavidad, y viajando a través de una abertura en la superficie de base hacia el sensor. In some forms, the protrusions have an internal cavity, and the sensor comprises a light-sensitive CMOS array, the system being configured such that the light-sensitive CMOS array detects light emanating from the base surface toward the cavity, reflecting from a reflector located at the distal end of the cavity, and traveling through an opening in the base surface towards the sensor.

En algunas realizaciones de la divulgación, la velocidad a la que las advertencias de deslizamiento incipiente son señaladas por el sensor, la velocidad a la que los eventos de deslizamiento son detectados, o un número de advertencias, puede ser utilizado para indicar un nivel de urgencia con la que se requiere una acción correctiva, o la magnitud de la fuerza necesaria para una acción correctiva. In some embodiments of the disclosure, the speed at which incipient slip warnings are signaled by the sensor, the speed at which slip events are detected, or a number of warnings, may be used to indicate a level of urgency. with which corrective action is required, or the magnitude of the force necessary for corrective action.

En algunas formas, el procedimiento comprende medir el desplazamiento de las protuberancias en tres dimensiones espaciales, estimar las fuerzas aplicadas a la punta en tres dimensiones espaciales. In some forms, the method comprises measuring the displacement of the protuberances in three spatial dimensions, estimating the forces applied to the tip in three spatial dimensions.

En algunas formas, el sistema detecta el deslizamiento cuando una o más protuberancias ya no se mueven a la misma velocidad que otras protuberancias del conjunto. En algunas formas, el sistema detecta el deslizamiento mediante vibraciones. En algunas formas, tras la detección del deslizamiento, el sistema revisa la relación entre la fuerza tangencial y la normal en el momento del deslizamiento para permitir una estimación del coeficiente de fricción. In some forms, the system detects slippage when one or more protrusions no longer move at the same speed as other protrusions in the assembly. In some forms, the system detects slippage through vibrations. In some forms, upon detection of slip, the system reviews the relationship between the tangential and normal force at the time of slip to allow an estimate of the friction coefficient.

En algunas formas, el procedimiento comprende la medición del desplazamiento de la punta de las protuberancias en tres dimensiones con una alta resolución, de forma que se mide la vibración de la punta, utilizando la medición de la vibración para estimar la textura o detectar el deslizamiento. In some forms, the method comprises measuring the displacement of the tip of the protrusions in three dimensions with a high resolution, such that the vibration of the tip is measured, using the measurement of the vibration to estimate the texture or detect slippage. .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

A continuación se describirán realizaciones únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos en los que Embodiments will now be described by way of example only, with reference to the accompanying drawings in which

LaFigura 1Aes una vista en sección transversal de una realización de una superficie de contacto de la divulgación; LaFigura 1Bes una vista en sección transversal de la realización de la Figura 1 en estado comprimido; Figure 1A is a cross-sectional view of one embodiment of a contact surface of the disclosure; Figure 1 is a cross-sectional view of the embodiment of Figure 1 in a compressed state;

LaFigura 1Ces una vista en sección transversal de la realización de la Figura 1 comprimida; Figure 1C is a cross-sectional view of the compressed embodiment of Figure 1;

LaFigura 2es una vista en perspectiva de una superficie de contacto de la divulgación; Figure 2 is a perspective view of a contact surface of the disclosure;

LaFigura 3es una vista transversal en perspectiva de una superficie de contacto de la divulgación; Figure 3 is a perspective cross-sectional view of a contact surface of the disclosure;

LaFigura 4es una vista en sección transversal de una realización de la superficie de contacto integrada con un sistema de sensores según la divulgación; Figure 4 is a cross-sectional view of an embodiment of the contact surface integrated with a sensor system according to the disclosure;

LaFigura 5muestra la fabricación de un prototipo de una realización de la divulgación, mostrando tanto el molde como el perfil de silicona resultante; Figure 5 shows the manufacture of a prototype of an embodiment of the disclosure, showing both the mold and the resulting silicone profile;

LaFigura 6muestra un banco de pruebas para probar al menos una realización de la divulgación; Figure 6 shows a testbed for testing at least one embodiment of the disclosure;

LaFigura 7muestra un único fotograma de vídeo capturado durante el procedimiento de prueba; Figure 7 shows a single frame of video captured during the testing procedure;

LasFiguras 8A - 8Cproporcionan una vista gráfica de la relación de fuerza tangencial a normal a la que cada pilar se desliza en cada nivel de fuerza normal. La Figura 8A muestra la superficie de alta fricción, la Figura 8B muestra la superficie de fricción básica y la Figura 8C muestra la superficie de baja fricción; Figures 8A - 8C provide a graphical view of the tangential to normal force ratio at which each pillar slides at each normal force level. Figure 8A shows the high friction surface, Figure 8B shows the basic friction surface and Figure 8C shows the low friction surface;

LasFiguras 9A - 9Cproporcionan una representación gráfica de la detección de desplazamiento y fuerza utilizando una realización de la divulgación. La Figura 9A proporciona un desplazamiento de referencia de la punta del pilar, la Figura 9C proporciona un dato de fuerza de referencia y la Figura 9B muestra la salida de datos del sensor óptico; Figures 9A - 9C provide a graphical representation of displacement and force detection using one embodiment of the disclosure. Figure 9A provides a reference displacement of the abutment tip, Figure 9C provides a reference force data, and Figure 9B shows the data output of the optical sensor;

LaFigura 10muestra la detección de la respuesta de vibración utilizando una realización de la divulgación. Figure 10 shows the detection of vibration response using one embodiment of the disclosure.

DESCRIPCIÓN DETALLADADETAILED DESCRIPTION

En la siguiente descripción detallada, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de la descripción detallada. Las realizaciones ilustrativas descritas en la descripción detallada, representadas en los dibujos y definidas en las reivindicaciones, no pretenden ser limitativas. In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings which form part of the detailed description. The illustrative embodiments described in the detailed description, represented in the drawings and defined in the claims, are not intended to be limiting.

En la Figura 1, se muestra un sistema para evaluar la seguridad de agarre, que comprende una superficie de contacto 10 que tiene al menos una primera región de superficie de contacto 12 y una segunda región de superficie de contacto 14. En la forma ilustrada, la superficie de contacto tiene forma de una pluralidad de protuberancias 16 que se extienden desde una superficie de base. En la Figura 1 sólo se muestran dos protuberancias 16, sin embargo, será evidente para el experto en la materia que la superficie de contacto puede comprender una pluralidad de protuberancias 16 que se extienden desde la superficie de base 18. Las protuberancias 16 tienen forma de pilares alargados con un extremo de fijación 19 acoplado o integrado en la superficie de base 18 y que se extiende hasta una punta 20 que tiene, en algunas realizaciones, un perfil de extremo semiesférico. En la forma ilustrada, los pilares alargados tienen dimensiones de sección transversal similares y diferentes longitudes de extensión desde la superficie de base. En esta forma ilustrada, la variación en la distancia que la protuberancia se extiende desde la superficie de base define la primera región de superficie de contacto 12 y la segunda región de superficie de contacto 14. Específicamente, la primera región de superficie de contacto está configurada para resistir el deslizamiento menos que la segunda región de superficie de contacto. En la forma ilustrada, sólo se muestran dos protuberancias alargadas, que tienen diferentes alturas entre sí. In Figure 1, a system for evaluating grip security is shown, comprising a contact surface 10 having at least a first contact surface region 12 and a second contact surface region 14. As illustrated, The contact surface is in the form of a plurality of protuberances 16 extending from a base surface. Only two protuberances 16 are shown in Figure 1, however, it will be apparent to the person skilled in the art that the contact surface may comprise a plurality of protuberances 16 extending from the base surface 18. The protuberances 16 are shaped like elongated pillars with an attachment end 19 engaged or integrated into the base surface 18 and extending to a tip 20 having, in some embodiments, a hemispherical end profile. In the illustrated form, the elongated pillars have similar cross-sectional dimensions and different extension lengths from the base surface. In this illustrated form, the variation in the distance that the protrusion extends from the base surface defines the first contact surface region 12 and the second contact surface region 14. Specifically, the first contact surface region is configured to resist sliding less than the second contact surface region. In the illustrated form, only two elongated protuberances are shown, which have different heights from each other.

La Figura 1 es un modelo simplificado de una posible realización, en la que una protuberancia o pilar central más largo, de alturale,está rodeado por ocho pilares exteriores más cortos, cada uno de ellos de alturalo.Otras variantes de realización incluyen varios pilares de distintas alturas. Figure 1 is a simplified model of a possible embodiment, in which a longer central protuberance or pillar, of height 1, is surrounded by eight shorter outer pillars, each of them of height 1. Other embodiment variants include several pillars of different heights.

La Figura 1A ilustra dos protuberancias 16 cuando no están comprimidas, cada una de las cuales tiene forma de pilar y diámetros iguales, D, pero alturas diferentes,leelo.Figure 1A illustrates two protuberances 16 when not compressed, each of which is pillar-shaped and of equal diameters, D, but different heights, read it.

En la Figura 1B, se ilustra el dispositivo 10 en contacto con una superficie plana 24, como la superficie de un objeto que se está agarrando. En esta figura, ambos pilares son comprimidos por una fuerza normal brutaFnhasta la misma altura final, lo que resulta en una fuerza normal (de compresión) diferente en cada pilar. In Figure 1B, the device 10 is illustrated in contact with a flat surface 24, such as the surface of an object being grasped. In this figure, both pillars are compressed by a gross normal force Fn to the same final height, resulting in a different normal (compression) force in each pillar.

La Figura 1C ilustra la adición de una fuerza tangencial que actúa cortando la superficie plana 24 con la que está en contacto el sensor, con lo que cada una de las protuberancias 16 también experimenta una fuerza tangencial. Cuando ninguna protuberancia se desliza contra la superficie, y suponiendo que los pilares no pueden doblarse apreciablemente, todos experimentan la misma fuerza tangencial, y la suma de las fuerzas tangenciales es igual a la fuerza tangencial bruta,Ft.Figure 1C illustrates the addition of a tangential force that acts to shear the flat surface 24 with which the sensor is in contact, whereby each of the protuberances 16 also experiences a tangential force. When no protuberance slides against the surface, and assuming that the pillars cannot bend appreciably, they all experience the same tangential force, and the sum of the tangential forces is equal to the gross tangential force, Ft.

En algunas realizaciones de la divulgación, el movimiento de las protuberancias individuales 16 puede ser independiente uno del otro. El movimiento independiente o parcialmente independiente de al menos dos protuberancias en forma de pilares 16 es ventajoso porque permite la medición del movimiento relativo en la superficie de contacto, que puede producirse sólo a diferentes niveles a través de la superficie de contacto 10. In some embodiments of the disclosure, the movement of the individual protuberances 16 may be independent of each other. The independent or partially independent movement of at least two pillar-like protuberances 16 is advantageous because it allows measurement of relative movement at the contact surface, which can occur only at different levels across the contact surface 10.

En algunas realizaciones de la divulgación, la superficie de contacto 10 está fabricada principalmente de silicona. In some embodiments of the disclosure, the contact surface 10 is primarily made of silicone.

Como se muestra en la Figura 1C, las protuberancias 16 de la primera superficie de contacto 12 están sometidas a una fuerza normal menor que la protuberancia más larga 16' de la segunda superficie de contacto 14. En algunas formas, se supone que el coeficiente de fricción estática es el mismo para cada protuberancia; las protuberancias exteriores de la primera región de superficie de contacto 12 de la realización mostrada en la Figura 2 se deslizarán con una fuerza tangencial bruta menor que la protuberancia central 16' de la segunda región de superficie de contacto. As shown in Figure 1C, the protrusions 16 of the first contact surface 12 are subjected to a lower normal force than the longer protrusion 16' of the second contact surface 14. In some forms, the coefficient of Static friction is the same for each bump; The outer protrusions of the first contact surface region 12 of the embodiment shown in Figure 2 will slide with a lesser gross tangential force than the central protrusion 16' of the second contact surface region.

Si se conocen la constante del muelle(k)y el diámetro (D) de una única protuberancia, y se miden la fuerza tangencial y normal en el momento del deslizamiento de las protuberancias más cortas, es posible predecir la relación entre la fuerza tangencial bruta y la fuerza normal a la que se deslizará la protuberancia más larga. El coeficiente de rozamiento estático es, pues, una estimación de la relación entre la fuerza tangencial y la fuerza normal en el momento del deslizamiento para la protuberancia más larga. En algunas formas, la fuerza bruta a través del dispositivo se mide y se reparte entre las protuberancias, suponiendo que el material es elástico lineal. En algunas formas no ilustradas, la fuerza puede detectarse individualmente para protuberancias o grupos de protuberancias. If the spring constant (k) and the diameter (D) of a single protuberance are known, and the tangential and normal force at the moment of sliding of the shorter protuberances are measured, it is possible to predict the relationship between the gross tangential force and the normal force at which the longest protrusion will slide. The static friction coefficient is therefore an estimate of the relationship between the tangential force and the normal force at the moment of sliding for the longest protuberance. In some forms, the brute force through the device is measured and distributed among the protuberances, assuming that the material is linear elastic. In some forms not illustrated, force may be detected individually for protrusions or groups of protrusions.

Idealmente, dado que la protuberancia no se desliza, debería desviarse a la misma velocidad que la superficie contra la que se comprime. Por el contrario, cuando la protuberancia se desliza, la velocidad de deflexión debe tender hacia 0 mm/s. En la práctica, debido a la flexión de la protuberancia o del pilar, el momento de deslizamiento se determinó como el momento en que la velocidad de deflexión de una protuberancia más corta disminuye al 20 % de la velocidad de deflexión de la protuberancia más larga, condicionado a que la velocidad de deflexión de la protuberancia más larga sea suficientemente grande. Ideally, since the bump does not slide, it should deflect at the same speed as the surface it is compressed against. On the contrary, when the protrusion slides, the deflection velocity should tend towards 0 mm/s. In practice, due to the bending of the protrusion or pillar, the sliding moment was determined as the moment when the deflection speed of a shorter protrusion decreases to 20% of the deflection speed of the longer protrusion, conditional on the deflection speed of the longest protuberance being sufficiently large.

Con más protuberancias y más diferencias de altura, puede tenerse en cuenta una gama más amplia de fricciones y fuerzas normales, y son posibles más advertencias para evitar la pérdida del objeto a medida que aumenta la fuerza tangencial. El ritmo al que se señalan los avisos, así como el número de avisos, podría indicar la urgencia con la que se requieren medidas correctoras. Además, con cada aviso se puede conocer más información sobre la interfaz de contacto. With more protrusions and more height differences, a wider range of frictions and normal forces can be taken into account, and more warnings are possible to avoid loss of the object as the tangential force increases. The rate at which warnings are issued, as well as the number of warnings, could indicate the urgency with which corrective action is required. In addition, with each notice you can learn more information about the contact interface.

Tanto con como sin monitorización continua de la fuerza normal y tangencial, el dispositivo divulgado puede utilizarse ventajosamente para mejorar la manipulación diestra en pinzas robóticas y protésicas. Sin una supervisión continua, el ritmo al que se señalan los avisos, así como el número de avisos, podrían seguir indicando la urgencia con la que se requieren medidas correctoras, así como la magnitud de las mismas. Con la monitorización continua de la fuerza, puede ser posible determinar también el coeficiente de fricción estática, y las correcciones del agarre estarían mejor informadas. Independientemente del tipo de supervisión, es posible que se emita una advertencia cuando se detecta un deslizamiento incipiente. Both with and without continuous monitoring of normal and tangential force, the disclosed device can be used advantageously to improve dexterous manipulation in robotic and prosthetic grippers. Without ongoing monitoring, the rate at which warnings are issued, as well as the number of warnings, could continue to indicate the urgency with which corrective action is required, as well as the magnitude of the action. With continuous force monitoring, it may be possible to also determine the coefficient of static friction, and grip corrections would be better informed. Regardless of the type of monitoring, a warning may be issued when incipient slippage is detected.

En algunas realizaciones del dispositivo, la superficie de contacto 12 es plana, de modo que puede determinarse la compresión relativa de cada protuberancia. In some embodiments of the device, the contact surface 12 is planar, so that the relative compression of each protuberance can be determined.

El sistema en algunas formas comprende además un sensor, o sistema de sensores, adaptado para medir el deslizamiento en la primera región de contacto 12 para detectar un deslizamiento incipiente. El sensor puede tener varias formas. The system in some forms further comprises a sensor, or system of sensors, adapted to measure slip in the first contact region 12 to detect incipient slip. The sensor can have various shapes.

Como se muestra en la Figura 2, la superficie de contacto comprende una superficie de base 18 con una pluralidad de protuberancias que se extienden desde la misma. En algunas formas, la superficie de contacto comprende además una superficie de apoyo inferior 41 y una superficie de apoyo superior 40. En algunas formas, la superficie de apoyo superior incluye una pluralidad de aberturas a través de las cuales pueden extenderse las protuberancias. En algunas formas, la superficie inferior 41 puede incluir soporte o cavidades para soportar sensores u otras partes del sistema. As shown in Figure 2, the contact surface comprises a base surface 18 with a plurality of protuberances extending therefrom. In some forms, the contact surface further comprises a lower bearing surface 41 and an upper bearing surface 40. In some forms, the upper bearing surface includes a plurality of openings through which the protuberances may extend. In some forms, the bottom surface 41 may include support or cavities for supporting sensors or other parts of the system.

En algunas realizaciones del dispositivo, como las ilustradas en las Figuras 3 y 4, un reflector iluminado 31, una abertura 32 y un sensor de luz 33 forman una configuración de cámara estenopeica 30, que permite medir la desviación tridimensional del reflector iluminado 31. Esta desviación se correlaciona con la desviación tridimensional de la punta de la protuberancia 16. Una configuración de cámara estenopeica 30 es aquella en la que la luz procedente de una fuente 34 que pasa a través de una abertura 32 proyecta una imagen invertida de la fuente sobre una pantalla o sensor 33 situado debajo. La fuente de luz 34 se proyecta hacia una cavidad 35 dentro de cada protuberancia 16 para reflejarse en un reflector 31 en el extremo distal de la cavidad 35, y de vuelta a través de la abertura estenopeica 32 a un sensor 33 montado a cierta distancia de la abertura estenopeica 32, detrás de la superficie de base 18. In some embodiments of the device, such as those illustrated in Figures 3 and 4, an illuminated reflector 31, an aperture 32 and a light sensor 33 form a pinhole camera configuration 30, which allows measurement of the three-dimensional deviation of the illuminated reflector 31. This deviation correlates with the three-dimensional deviation of the tip of the protuberance 16. A pinhole camera configuration 30 is one in which light from a source 34 passing through an aperture 32 projects an inverted image of the source onto a screen or sensor 33 located below. The light source 34 is projected into a cavity 35 within each protrusion 16 to be reflected by a reflector 31 at the distal end of the cavity 35, and back through the pinhole opening 32 to a sensor 33 mounted at a distance from the pinhole opening 32, behind the base surface 18.

En algunas realizaciones del dispositivo, la fuente de luz 34 se origina en un pequeño disco circular, en el que se proyectará un punto de luz circular. Al controlar la posición del punto luminoso, el sensor 33 puede detectar la posición tridimensional de la fuente 34 con respecto a la abertura 32. En algunas realizaciones, el punto luminoso se agranda cuando se comprime la protuberancia, lo que significa que puede medirse la deformación a lo largo de un eje normal a la base. In some embodiments of the device, the light source 34 originates from a small circular disk, onto which a circular spot of light will be projected. By monitoring the position of the light spot, the sensor 33 can detect the three-dimensional position of the source 34 with respect to the aperture 32. In some embodiments, the light spot enlarges when the protrusion is compressed, which means that the deformation can be measured. along an axis normal to the base.

El dispositivo permite además medir el cambio o la deformación en tres dimensiones, es decir, en los ejes x e y de un plano tangente de la superficie de base y en el eje z que se extiende normal a la superficie de base en el punto en que una protuberancia dada se extiende desde la superficie. The device also allows measuring the change or deformation in three dimensions, that is, in the x and y axes of a plane tangent to the base surface and in the z axis that extends normal to the base surface at the point where a given protuberance extends from the surface.

La representación visual del cambio o la deformación en los tres ejes permite medir el desplazamiento tridimensional aplicado a la protuberancia o a la punta de la protuberancia. Esta representación visual tridimensional del desplazamiento comprende representaciones visuales del movimiento del punto luminoso para demostrar el movimiento angular de la protuberancia en el plano x-y tangencial a la superficie de base y la representación visual del movimiento en el eje z normal a la superficie de base mediante un cambio en el tamaño del punto luminoso. Esta representación visual permite determinar las fuerzas aplicadas a la protuberancia en las tres dimensiones. Esta medición de la fuerza tridimensional también permite estimar la fricción cuando se produce un deslizamiento. Visual representation of the change or deformation in all three axes allows measurement of the three-dimensional displacement applied to the bump or tip of the bump. This three-dimensional visual representation of displacement comprises visual representations of the motion of the light spot to demonstrate angular motion of the protuberance in the x-y plane tangential to the base surface and visual representation of motion in the z axis normal to the base surface using a change in the size of the light spot. This visual representation allows the forces applied to the protuberance to be determined in all three dimensions. This three-dimensional force measurement also allows estimation of friction when sliding occurs.

En algunas formas, el sistema detecta el deslizamiento cuando una o más protuberancias ya no se mueven a la misma velocidad que otras protuberancias del conjunto. En algunas formas, el sistema detecta el deslizamiento mediante vibraciones. En algunas formas, tras la detección del deslizamiento, el sistema revisa la relación entre la fuerza tangencial y la normal en el momento del deslizamiento para permitir una estimación del coeficiente de fricción. In some forms, the system detects slippage when one or more protrusions no longer move at the same speed as other protrusions in the assembly. In some forms, the system detects slippage through vibrations. In some forms, upon detection of slip, the system reviews the relationship between the tangential and normal force at the time of slip to allow an estimate of the friction coefficient.

Además, la medición de fuerzas en tres dimensiones permite al conjunto de protuberancias estimar la torsión, ya que puede detectarse la desviación x-y o la curvatura de la fuerza alrededor del eje z. Esta estimación del par permite aumentar la seguridad de agarre, ya que la fuerza de agarre puede incrementarse para tener en cuenta el aumento del par según convenga. Additionally, measuring forces in three dimensions allows the bump assembly to estimate torque, as the x-y deflection or curvature of the force around the z-axis can be detected. This torque estimation allows for increased grip security, as the grip force can be increased to take into account the increase in torque as appropriate.

La medición del desplazamiento tridimensional con un gran ancho de banda y una resolución espacial muy alta permite detectar la vibración en las protuberancias. La detección de vibraciones proporciona una alerta relacionada con eventos de deslizamiento. Alternativamente, la detección de la vibración proporciona un medio para detectar la textura y la capacidad de distinguir entre texturas. Además, la detección de la vibración puede conducir a la transducción de voz o música u otro sonido desde una superficie vibrante. Measurement of three-dimensional displacement with a large bandwidth and very high spatial resolution allows vibration in protrusions to be detected. Vibration detection provides an alert related to slip events. Alternatively, vibration detection provides a means of detecting texture and the ability to distinguish between textures. Additionally, detection of vibration can lead to transduction of voice or music or other sound from a vibrating surface.

En algunas realizaciones del dispositivo, una cavidad 35 en el interior de la protuberancia puede contener un disco reflector 31 iluminado por los LED 34 y la abertura 32. In some embodiments of the device, a cavity 35 within the protuberance may contain a reflecting disk 31 illuminated by the LEDs 34 and the opening 32.

En algunas realizaciones del dispositivo, la cavidad 35 tiene forma cónica. In some embodiments of the device, the cavity 35 is conical in shape.

En algunas realizaciones del dispositivo, un sensor 33 en forma de fotodiodo cuadrante que se sitúa debajo de la abertura 32 puede detectar la posición y/o el tamaño del punto luminoso proyectado retransmitido desde el reflector 31. En tal realización, el cálculo de la posición del punto luminoso se correlaciona con la posición de la punta de la protuberancia en el plano x-y tangencial a la superficie de base. Este cálculo utiliza una fórmula relativamente sencilla por la que cada eje se calcula restando la diferencia entre las mitades del sensor y normalizando con respecto a la luz total recibida. Del mismo modo, el tamaño del punto luminoso se correlaciona con la posición de la punta de la protuberancia a lo largo del eje z normal a la superficie de base que se correlaciona con la compresión o liberación a lo largo del eje z normal a la superficie de base. El cálculo de la posición de la punta a lo largo del eje z puede calcularse simplemente midiendo la intensidad de la luz que incide sobre los fotodiodos. La sencillez de estos cálculos hace que el diseño sea adecuado para un microprocesador, incluso con grandes conjuntos de sensores. In some embodiments of the device, a sensor 33 in the form of a quadrant photodiode that is located below the aperture 32 can detect the position and/or size of the projected light spot retransmitted from the reflector 31. In such an embodiment, the calculation of the position of the luminous point correlates with the position of the tip of the protuberance in the x-y plane tangential to the base surface. This calculation uses a relatively simple formula whereby each axis is calculated by subtracting the difference between the sensor halves and normalizing to the total light received. Similarly, the size of the bright spot correlates with the position of the tip of the protrusion along the z-axis normal to the base surface which correlates with compression or release along the z-axis normal to the surface. base. The calculation of the tip position along the z-axis can be calculated by simply measuring the intensity of the light incident on the photodiodes. The simplicity of these calculations makes the design suitable for a microprocessor, even with large sensor arrays.

En algunas realizaciones del dispositivo, una configuración de cámara estenopeica 30 es capaz de medir la dirección y magnitud de la desviación de la protuberancia 16 en dos dimensiones examinando las proporciones relativas de luz que ilumina cada uno de los cuatro cuadrantes del sensor fotodiodo 33; a medida que la protuberancia 16 se desvía cambiará la dirección del haz de luz que brilla a través de la abertura estenopeica 32. Para realizaciones a menor escala del dispositivo, el sensor fotodiodo 33 podría sustituirse por una matriz sensible a la luz CCD o CMOS. Pueden hacerse variaciones y modificaciones a las partes descritas anteriormente sin apartarse del espíritu o ámbito de la divulgación. In some embodiments of the device, a pinhole camera configuration 30 is capable of measuring the direction and magnitude of the deflection of the protrusion 16 in two dimensions by examining the relative proportions of light illuminating each of the four quadrants of the photodiode sensor 33; As the protrusion 16 is deflected the direction of the light beam shining through the pinhole aperture 32 will change. For smaller scale embodiments of the device, the photodiode sensor 33 could be replaced with a CCD or CMOS light sensitive array. Variations and modifications may be made to the parts described above without departing from the spirit or scope of the disclosure.

EjemplosExamples

En algunas realizaciones ilustradas, la estimación de las fuerzas sobre las protuberancias o pilares puede llevarse a cabo como sigue. In some illustrated embodiments, the estimation of the forces on the protuberances or pillars may be carried out as follows.

Se supone que el material se comporta como un elástico lineal según la Ley de Hooke. Se observa que la fuerza normal brutaFnes la suma de las fuerzas normales que actúan sobre cada pilar. The material is assumed to behave as a linear elastic according to Hooke's Law. It is observed that the brute normal force is the sum of the normal forces acting on each pillar.

En el caso de un único pilar central, rodeado por ocho pilares exteriores, esto significa: In the case of a single central pillar, surrounded by eight outer pillars, this means:

Fnc — kAlc, Fnc — kAlc,

( l a ) ( the )

Fm=kAl0= /c(A¿c - d) =Fnc - kd, y (Ib ) Fm=kAl0= /c(A¿c - d) =Fnc - kd, and (Ib )

FN=Fnc+&FN0 = 9kAlc- 8kd,( l e ) FN=Fnc+&FN0 = 9kAlc- 8kd,( l e )

dondekes la constante de resorte del material elástico de los pilares. Por lo tanto: where is the spring constant of the elastic material of the pillars. Therefore:

P_Fn kd P_Fn kd

h N O - — -9(2b) h N O - — -9(2b)

Cuando también se aplica una fuerza tangencial al sensor por cizallamiento de la superficie que está en contacto, cada uno de los pilares también experimenta una fuerza tangencial (véase la Figura 1C). Cuando todos los pilares están pegados a la superficie (no se deslizan), y suponiendo que (i) la tensión de compresión sobre los pilares es pequeña en relación con su altura, (ii) la diferencia de altura entre los pilares más largos y los más cortos es también pequeña en relación con la altura, y (iii) los pilares no se doblan apreciablemente en relación con su altura, entonces todos experimentan aproximadamente la misma fuerza tangencial, y la suma de estas fuerzas tangenciales es igual a la fuerza tangencial bruta,Ft.En el caso de un único pilar central, rodeado por ocho pilares exteriores, esto significa: When a tangential force is also applied to the sensor by shearing the surface it is in contact with, each of the pillars also experiences a tangential force (see Figure 1C). When all the pillars are glued to the surface (not sliding), and assuming that (i) the compressive stress on the pillars is small in relation to their height, (ii) the difference in height between the longest pillars and the shorter is also small relative to the height, and (iii) the pillars do not bend appreciably relative to their height, then they all experience approximately the same tangential force, and the sum of these tangential forces is equal to the gross tangential force. ,Ft.In the case of a single central pillar, surrounded by eight outer pillars, this means:

dondeFtces la fuerza tangencial sobre el pilar central yFtoes la fuerza tangencial sobre uno de los pilares exteriores. where Ft is the tangential force on the central pillar and F is the tangential force on one of the outer pillars.

Como los pilares exteriores están sometidos a una fuerza normal menor, y j s es la misma para cada pilar, los pilares exteriores se deslizarán con una fuerza tangencial bruta menor que la del pilar central. Los pilares exteriores comenzarán a deslizarse cuando: Since the outer pillars are subjected to a smaller normal force, and j s is the same for each pillar, the outer pillars will slide with a smaller gross tangential force than the central pillar. The outer pillars will begin to slide when:

F to<> í h Fno ■>(4) F to<> í h Fno ■>(4)

Esto ocurre cuando la fuerza tangencial bruta es: This occurs when the gross tangential force is:

Mientras los pilares exteriores se deslizan y el pilar central sigue atascado, los pilares exteriores contribuyen con una cantidad limitada de fuerza tangencial a la fuerza tangencial bruta, debido al coeficiente de fricción cinética (j*): While the outer pillars slide and the center pillar remains stuck, the outer pillars contribute a limited amount of tangential force to the gross tangential force, due to the coefficient of kinetic friction (j*):

F t o = ^ x F n o iF t o = ^ x F n o i

(6a) (6a)

y el pilar central comenzará a deslizarse cuando: and the central pillar will begin to slide when:

Ftc>PsFnc-(6b) Ftc>PsFnc-(6b)

Esto ocurre cuando la fuerza tangencial bruta es: This occurs when the gross tangential force is:

Ahora bien, js siempre es mayor o igual que j*, sin embargo, si se supone que j s = j*, entonces la Ec. (7) puede simplificarse a: Now, js is always greater than or equal to j*, however, if it is assumed that j s = j*, then Eq. (7) can be simplified to:

Combinando las ecuaciones (5) y (8) se obtiene: Combining equations (5) and (8) we obtain:

es decir, si se conocen k y d, y se miden la fuerza tangencial y normal brutas en el momento del deslizamiento de lospsO psCthat is, if k and d are known, and the gross tangential and normal force at the moment of slip lospsO psC are measured

pilares exteriores (TandNrespectivamente), es posible predecir la relación entre la fuerza tangencial bruta y la fuerza normal a la que se deslizará el pilar central; es decir, es posible estimar el coeficiente de fricción estática detectando cuándo se deslizan los pilares exteriores y examinando después las fuerzas en ese momento. outer pillars (TandNrespectively), it is possible to predict the relationship between the gross tangential force and the normal force at which the central pillar will slide; That is, it is possible to estimate the coefficient of static friction by detecting when the outer pillars are sliding and then examining the forces at that time.

En algunas formas, el diámetro de la base del sensor (de la que emanan los pilares) Dtotal = 80 mm con un espesor de 3 mm, y cada uno de los pilares cilíndricos tenía un diámetro de D = 10 mm y una terminación semiesférica, con una separación entre centros de aproximadamente 15 mm. Se eligieron extremos hemisféricos, ya que los extremos planos con bordes afilados provocarían grandes fuerzas de compresión en el borde de la zona de contacto del pilar antes de que se deslizara. En esta versión del sensor (al igual que en el modelo sencillo anterior), ocho pilares exteriores rodean un único pilar central, en una disposición reticular de 3 x 3. La altura del pilar central erale= 15 mm, y la de los pilares exterioreslo =14 mm; es decir, la diferencia de altura entre el pilar central y los pilares exteriores esd =1 mm. Para fabricar este prototipo, se vació silicona en un molde de plástico ABS impreso en 3D. In some forms, the diameter of the sensor base (from which the pillars emanate) Dtotal = 80 mm with a thickness of 3 mm, and each of the cylindrical pillars had a diameter of D = 10 mm and a hemispherical termination, with a separation between centers of approximately 15 mm. Hemispherical ends were chosen as flat ends with sharp edges would cause large compressive forces at the edge of the pillar contact zone before it slipped. In this version of the sensor (as in the previous simple model), eight outer pillars surround a single central pillar, in a 3 x 3 reticular arrangement. The height of the central pillar was = 15 mm, and that of the outer pillars = 15 mm. =14mm; That is, the difference in height between the central pillar and the outer pillars is d =1 mm. To manufacture this prototype, silicone was poured into a 3D printed ABS plastic mold.

El molde se imprimió en termoplástico con una impresora 3D. Para alisar las líneas de impresión 3D en la superficie del molde, se suspendió sobre un baño de vapor de acetona durante 3 horas a temperatura ambiente. Las Figuras 5A y 5B muestran el molde antes y después del baño de vapor de acetona, respectivamente. The mold was printed in thermoplastic with a 3D printer. To smooth out the 3D printing lines on the mold surface, it was suspended over an acetone vapor bath for 3 hours at room temperature. Figures 5A and 5B show the mold before and after the acetone vapor bath, respectively.

Como material para el prototipo se utilizó una silicona de dos componentes, inocua para la piel, de baja viscosidad para facilitar su fluidez y de corto periodo de curado. Los dos componentes se mezclaron en partes iguales según las instrucciones del fabricante y el vaciado se realizó en un solo vertido. No fue necesario desgasificar, pero la silicona se vertió desde una altura que permitía controlar mejor el chorro de vertido, y el molde se agitó suavemente para eliminar las burbujas presentes en la silicona. La silicona se desmoldó tras el curado (véanse las Figuras 5C-5E). La Figura 5C muestra un prototipo de silicona, vista superior; la Figura 5D muestra el prototipo con soporte de montaje; la Figura 5E muestra el prototipo de silicona, vista lateral. As a material for the prototype, a two-component silicone was used, harmless to the skin, with low viscosity to facilitate its fluidity and a short curing period. The two components were mixed in equal parts according to the manufacturer's instructions and pouring was carried out in a single pour. No degassing was necessary, but the silicone was poured from a height that allowed better control of the pouring stream, and the mold was gently shaken to remove any bubbles present in the silicone. The silicone was released from the mold after curing (see Figures 5C-5E). Figure 5C shows a silicone prototype, top view; Figure 5D shows the prototype with mounting bracket; Figure 5E shows the silicone prototype, side view.

Para validar el funcionamiento del prototipo, se realizaron varios experimentos para aplicar fuerzas normales y tangenciales al prototipo. Para llevar a cabo estos procedimientos de ensayo, se utilizó un banco de pruebas compuesto por una platina XYZ, un sensor 3D de fuerza/par, el prototipo, una superficie acrílica transparente y una cámara. A continuación se describen el banco de pruebas y los procedimientos de ensayo. To validate the performance of the prototype, several experiments were conducted to apply normal and tangential forces to the prototype. To carry out these test procedures, a test bench was used consisting of an XYZ stage, a 3D force/torque sensor, the prototype, a transparent acrylic surface and a camera. The test bench and test procedures are described below.

La Figura 6 muestra un banco de pruebas ejemplar para probar un prototipo de al menos una realización de la divulgación. La figura muestra la platina XYZ etiquetada como A, la superficie acrílica etiquetada como B, el prototipo etiquetado como C, el sensor 3D de fuerza/par etiquetado como D, la plataforma para la captura de vídeo etiquetada como E y el bastidor de soporte etiquetado como F. Figure 6 shows an exemplary testbed for testing a prototype of at least one embodiment of the disclosure. The figure shows the XYZ stage labeled A, the acrylic surface labeled B, the prototype labeled C, the 3D force/torque sensor labeled D, the video capture platform labeled E, and the support frame labeled as F.

La platina XYZ mostrada en la Figura 6, compuesta por tres platinas de traslación (M-605.1DD, Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Karlsruhe, Alemania) se utilizó para poner en contacto una superficie acrílica transparente con el prototipo y, a continuación, cizallar la superficie acrílica a través de la superficie del prototipo. Cada una de las platinas tiene un recorrido de 25 mm con una velocidad máxima de 50 mm.s-1, y una precisión de 0,1 pm con tamaños de paso de hasta 0,3 pm. La compresión produce una fuerza normal que actúa sobre los pilares y el cizallamiento de la superficie al entrar en contacto con el objeto a sujetar produce fuerzas tangenciales en cada uno de los pilares. The , then shear the acrylic surface across the surface of the prototype. Each of the stages has a travel of 25 mm with a maximum speed of 50 mm.s-1, and a precision of 0.1 pm with step sizes up to 0.3 pm. The compression produces a normal force that acts on the pillars and the shearing of the surface when it comes into contact with the object to be held produces tangential forces in each of the pillars.

Se montó un sensor 3D de fuerza/par (Mini40, SI-80-4, ATI Industrial Automation, Apex, NC, EE.UU.) entre el prototipo y un bastidor de soporte (véase la Figura 6D). Las fuerzas y pares que actúan sobre el prototipo se muestrearon a 1 kHz con una unidad de adquisición de datos PowerLab 16/35 (AD Instruments, Bella Vista, NSW, Australia). A 3D force/torque sensor (Mini40, SI-80-4, ATI Industrial Automation, Apex, NC, USA) was mounted between the prototype and a support frame (see Figure 6D). The forces and torques acting on the prototype were sampled at 1 kHz with a PowerLab 16/35 data acquisition unit (AD Instruments, Bella Vista, NSW, Australia).

El vídeo del prototipo en contacto con la superficie acrílica transparente se capturó con la aplicación nativa de grabación de vídeo de un iPhone 6 de 16 GB (modelo A1586). El iPhone se colocó en una plataforma de forma que los pilares se vieran a través de la superficie acrílica transparente desde (aproximadamente 100 mm) directamente abajo con el pilar central situado en el centro de la imagen. El iPhone se conectó a un MacBook Pro con QuickTime Player 10.4 para grabar la pantalla del iPhone en formato .MOV con una resolución de 1334 x 750 píxeles a 59,97 fps (fotogramas.s-1). La calibración de la cámara se realizó con la aplicación de calibración de cámaras de MATLAb (R2014b, Mathworks, Natick, MA, EE.UU.). Se calcularon los coeficientes de distorsión de la lente (radial y tangencial) y en los bordes del sensor (más allá de la desviación máxima de cualquiera de los pilares) la distorsión no era superior a 1,1 píxeles, lo que corresponde aproximadamente a 0,12 mm. En comparación, los puntos de seguimiento de los pilares miden aproximadamente 5 píxeles de diámetro. Dado que esta distorsión tiene el efecto de sesgar la medición de la desviación de los pilares, el efecto sobre los resultados consiste únicamente en modificar el momento en el que se determina que los pilares se han deslizado con respecto a la platina; sin embargo, la determinación de este momento del evento depende mucho más de la regla de detección de deslizamiento usada. Video of the prototype in contact with the transparent acrylic surface was captured with the native video recording application of an iPhone 6 16 GB (model A1586). The iPhone was placed on a platform so that the pillars were visible through the transparent acrylic surface from (approximately 100 mm) directly below with the central pillar located in the center of the image. The iPhone was connected to a MacBook Pro running QuickTime Player 10.4 to record the iPhone screen in .MOV format with a resolution of 1334 x 750 pixels at 59.97 fps (frames.s-1). Camera calibration was performed using the MATLAb camera calibration application (R2014b, Mathworks, Natick, MA, USA). Lens distortion coefficients (radial and tangential) were calculated and at the edges of the sensor (beyond the maximum deviation of any of the pillars) the distortion was no more than 1.1 pixels, corresponding approximately to 0 .12mm. In comparison, the pillar tracking points measure approximately 5 pixels in diameter. Since this distortion has the effect of biasing the measurement of the deviation of the pillars, the effect on the results consists only of modifying the moment at which it is determined that the pillars have slipped with respect to the platen; however, the determination of this event time depends much more on the slip detection rule used.

Se creó un pequeño orificio con un alfiler en el punto central de los pilares seleccionados, que se rellenó con tinta negra para formar un marcador fiable para el seguimiento durante el análisis de vídeo. Además, se fijó a la superficie acrílica un tablero de ajedrez en blanco y negro compuesto por una fila de tres cuadrados de 10 mm para proporcionar un punto de referencia para el seguimiento de la posición de la superficie, así como para proporcionar una referencia para la conversión de unidades espaciales (píxeles a mm) que era razonable debido a la insignificante distorsión de la lente. A small hole was created with a pin at the center point of the selected pillars, which was filled with black ink to form a reliable marker for tracking during video analysis. Additionally, a black and white checkerboard composed of a row of three 10 mm squares was attached to the acrylic surface to provide a reference point for tracking the position of the surface, as well as to provide a reference for the conversion of spatial units (pixels to mm) which was reasonable due to the negligible lens distortion.

La platina XYZ se programa para que se desplace verticalmente hacia el prototipo hasta una posición predeterminada que dé lugar a la fuerza normal deseada (0,5 N para medir js , y 5, 7,5, 10, 12,5 y 15 N para analizar el comportamiento de deslizamiento del pilar; véase más adelante) a una velocidad de 2,5 mm.s-1. La platina XYZ se mantiene en esa posición durante 1,5 s y, a continuación, se desplaza lateralmente a una velocidad de 2,5 mm.s-1 durante un total de 15 mm. A continuación, la platina se aleja verticalmente del prototipo para volver a la altura inicial, descargando así las fuerzas, y se desplaza lateralmente para volver a la posición inicial. The analyze the sliding behavior of the pillar (see below) at a speed of 2.5 mm.s-1. The XYZ stage is held in this position for 1.5 s and then moved laterally at a speed of 2.5 mm.s-1 for a total of 15 mm. Next, the stage moves vertically away from the prototype to return to the initial height, thus relieving the forces, and moves laterally to return to the initial position.

Registrando la posición de la platina XYZ que da lugar a la fuerza normal deseada (5, 7,5, 10, 12,5 y 15 N), se puede calcular la constante del muelle según la ley de Hooke. Dado que, a estos niveles de fuerza normal, los nueve pilares del sensor se comprimen contra la superficie acrílica, la constante de resorte k es igual a 1/9 de la pendiente de la línea definida por la posición de la platina frente a la fuerza normal. By recording the position of the XYZ plate that gives rise to the desired normal force (5, 7.5, 10, 12.5 and 15 N), the spring constant can be calculated according to Hooke's law. Since, at these normal force levels, the nine pillars of the sensor are compressed against the acrylic surface, the spring constant k is equal to 1/9 of the slope of the line defined by the position of the platen versus the force normal.

Para garantizar que las tres superficies utilizadas para las pruebas tuvieran valores diferentes de js y que los js de cada superficie se mantuvieran constantes a lo largo de las pruebas, fue necesario medir los js . El js se midió mediante la realización del protocolo anterior a una fuerza normal de 0,5 N - a esta fuerza normal, sólo el pilar central hace contacto con la superficie. La fricción se midió antes y después de comprobar el comportamiento del pilar para cada combinación de condición de fricción y fuerza normal de ensayo (véase más adelante). To ensure that the three surfaces used for testing had different values of js and that the js of each surface remained constant throughout the tests, it was necessary to measure the js . The js was measured by performing the above protocol at a normal force of 0.5 N - at this normal force, only the central pillar makes contact with the surface. Friction was measured before and after testing the behavior of the pillar for each combination of friction condition and normal test force (see below).

El comportamiento del sensor se probó con cinco niveles diferentes de fuerza normal: 5, 7,5, 10, 12,5 y 15 N. La platina XYZ se programó para aplicar las fuerzas normal y tangencial como se ha descrito anteriormente. Al mismo tiempo, se registraron las señales de fuerza/par del sensor ATI y se capturó vídeo de los pilares en contacto con la superficie acrílica. The behavior of the sensor was tested with five different levels of normal force: 5, 7.5, 10, 12.5 and 15 N. The XYZ stage was programmed to apply the normal and tangential forces as described above. At the same time, force/torque signals from the ATI sensor were recorded and video was captured of the abutments in contact with the acrylic surface.

Se utilizaron tres superficies con diferentes propiedades de fricción: (i) acrílico limpiado con etanol (condición de fricción base), (ii) acrílico recubierto de aceite de oliva (condición de fricción baja), y (iii) acrílico recubierto con una fina capa de jabón que se ha dejado secar (condición de fricción alta). Three surfaces with different friction properties were used: (i) ethanol-cleaned acrylic (base friction condition), (ii) olive oil coated acrylic (low friction condition), and (iii) thin layer coated acrylic. of soap that has been allowed to dry (high friction condition).

Para cada combinación de fuerza normal (5, 7,5, 10, 12,5 y 15 N) y superficie (acrílica: recubierta de aceite, limpiada con alcohol, recubierta de jabón), se realizaron las siguientes pruebas: prueba de fricción a 0,5 N (una vez), prueba de comportamiento del pilar a la fuerza normal deseada (cinco veces), prueba de fricción a 0,5 N (una vez). For each combination of normal force (5, 7.5, 10, 12.5 and 15 N) and surface (acrylic: oil coated, alcohol cleaned, soap coated), the following tests were performed: friction test at 0.5 N (once), abutment behavior test at the desired normal force (five times), friction test at 0.5 N (once).

Para eliminar cualquier ruido de alta frecuencia en las señales de fuerza, se aplicó un filtro Butterworth de paso bajo de 2° orden con una frecuencia de corte de 10 Hz. To eliminate any high-frequency noise in the force signals, a 2nd-order low-pass Butterworth filter with a cutoff frequency of 10 Hz was applied.

Los vídeos grabados se utilizaron para controlar las deflexiones del pilar central y de uno de los ocho pilares exteriores del prototipo durante el movimiento lateral de la superficie acrílica. Se utilizó el algoritmo Kanade-Lucas-Tomasi para realizar el seguimiento de puntos en MATLAB (Mathworks, Natick, MA, EE.UU.). Se siguieron tres puntos a lo largo de la grabación de vídeo: (i) el centro del pilar central, (ii) el centro de un pilar exterior -se eligió como pilar directamente anterior al pilar central en la dirección del cizallamiento- y (iii) un punto de la cuadrícula de referencia (para controlar la posición de la superficie acrílica). The recorded videos were used to monitor the deflections of the central pillar and one of the eight outer pillars of the prototype during the lateral movement of the acrylic surface. The Kanade-Lucas-Tomasi algorithm was used to track points in MATLAB (Mathworks, Natick, MA, USA). Three points were followed throughout the video recording: (i) the center of the central pillar, (ii) the center of an outer pillar - chosen as the pillar directly anterior to the central pillar in the direction of shear - and (iii ) a reference grid point (to control the position of the acrylic surface).

El resultado del seguimiento de puntos da la deflexión de los pilares central y exterior en relación con la posición de la superficie acrílica y, posteriormente, en relación con la posición no deflexionada de cada pilar. En la Figura 4 se muestra un fotograma del seguimiento por vídeo y la desviación del pilar. A continuación, se aplicó un filtro Butterworth de paso bajo y 2do orden de 5 Hz para eliminar las fluctuaciones de seguimiento de los datos de deflexión. The result of point tracking gives the deflection of the center and outer pillars relative to the position of the acrylic surface and subsequently relative to the undeflected position of each pillar. A frame of video tracking and abutment deflection is shown in Figure 4. A 5 Hz 2nd order low-pass Butterworth filter was then applied to remove tracking fluctuations from the deflection data.

Fue necesario sincronizar las señales filtradas de fuerza/par y deflexión, ya que los datos originales se registraron en dos dispositivos diferentes. Al final de cada estímulo, la platina XYZ se aceleró en la dirección Z negativa (normal a los pilares) para retraer la superficie acrílica y alejarla del sensor, con el fin de descargar la fuerza normal. El resultado es una gran aceleración de la fuerza normal medida, así como de la desviación calculada del pilar central, al eliminarse repentinamente la fuerza tangencial de flexión. Los grandes picos negativos en las segundas derivadas con respecto al tiempo de la fuerza normal filtrada y la deflexión del pilar central se utilizaron para sincronizar los datos de fuerza y deflexión. It was necessary to synchronize the filtered force/torque and deflection signals since the original data was recorded on two different devices. At the end of each stimulus, the XYZ stage was accelerated in the negative Z direction (normal to the pillars) to retract the acrylic surface away from the sensor, in order to discharge the normal force. The result is a large acceleration of the measured normal force, as well as the calculated deflection of the central pillar, as the tangential bending force is suddenly removed. The large negative peaks in the second derivatives with respect to time of the filtered normal force and deflection of the central pillar were used to synchronize the force and deflection data.

Idealmente, dado que la platina se mueve a una velocidad de 2,5 mm.s'1, si el pilar está atascado (no se desliza), también debería estar desviándose a una velocidad de 2,5 mm.s-1 en su punta, y cuando el pilar se deslice, la velocidad de desviación debería convertirse en 0 mm.s-1. Sin embargo, esto no ocurre en la práctica y, debido a la flexión del pilar, éste parece moverse primero a la misma velocidad que la platina, aunque esta velocidad disminuye lentamente a medida que el pilar parece rodar en el punto de contacto. Por lo tanto, el momento de deslizamiento se determinó heurísticamente como el momento en que la velocidad de desviación del pilar (es decir, la primera derivada de la posición de desviación con respecto al tiempo) disminuye hasta el 5 % de la velocidad de la etapa (es decir, cuando la velocidad de desviación del pilar cae por primera vez por debajo de 0,125 mm.s-1) - esto es cercano a cero, pero por encima del nivel de ruido de fotograma a fotograma de la velocidad de desviación del pilar. En este trabajo para probar el principio de funcionamiento del prototipo, este umbral fue suficiente para identificar el momento de deslizamiento, sin embargo, en otras situaciones reales el algoritmo de detección necesitará sin duda ser más complejo/robusto. En algunas formas, cada protuberancia puede ser instrumentada internamente usando el procedimiento de luz y orificio de alfiler descrito anteriormente para medir su deflexión y vibración de la protuberancia. En algunas formas, esto puede significar que el evento de deslizamiento será menos ambiguo. Ideally, since the stage is moving at a speed of 2.5 mm.s'1, if the pillar is stuck (not sliding), it should also be deflecting at a speed of 2.5 mm.s-1 at its tip, and when the pillar slides, the deflection speed should become 0 mm.s-1. However, this does not occur in practice and, due to the bending of the pillar, it first appears to move at the same speed as the platen, although this speed slowly decreases as the pillar appears to roll at the point of contact. Therefore, the sliding moment was determined heuristically as the moment at which the deflection velocity of the pillar (i.e., the first derivative of the deflection position with respect to time) decreases to 5% of the stage velocity. (i.e. when the pillar deflection velocity first drops below 0.125 mm.s-1) - this is close to zero, but above the frame-to-frame noise level of the pillar deflection velocity . In this work to test the working principle of the prototype, this threshold was sufficient to identify the sliding moment, however, in other real situations the detection algorithm will undoubtedly need to be more complex/robust. In some forms, each protrusion can be instrumented internally using the light and pinhole procedure described above to measure its deflection and vibration of the protrusion. In some ways, this may mean that the slip event will be less ambiguous.

Se tomó como estimación de j s la relación entre la fuerza tangencial y la fuerza normal en el momento de deslizamiento (determinada por el análisis de vídeo) del pilar central (el único pilar en contacto a 0,5 N de fuerza normal). The ratio between the tangential force and the normal force at the moment of sliding (determined by video analysis) of the central pillar (the only pillar in contact at 0.5 N of normal force) was taken as the estimate of j s.

El principio de funcionamiento del sensor es que el pilar exterior (más corto) debe deslizarse bajo una fuerza tangencial menor en comparación con el pilar central (más alto). Para determinar si esto se cumple, se determinaron las fuerzas tangenciales y normales en el momento de deslizamiento de los pilares exterior y central, respectivamente, para _usC / rsCThe working principle of the sensor is that the outer (shorter) pillar should slide under a smaller tangential force compared to the middle (taller) pillar. To determine if this is true, the tangential and normal forces at the moment of sliding of the outer and central pillars, respectively, were determined for _usC / rsC

Ms -l'T /t'N(Eq. (9)) Ms -l'T /t'N(Eq. (9))

compararlas. Una predicción de fue también calculada a partir de las fuerzas tangencialpsOcompare them. A prediction of was also calculated from the tangential forceslpsO

y normal medidas cuando el pilar exterior se desliza (<, Ft and>Nrespectivamente) y se realizó una comparaciónusC/ Z7SC and normal measurements when the outer pillar slides (<, Ft and>Nrespectively) and a comparison was madeusC/ Z7SC

con las fuerzas medidas<I F t / F n>que se miden un tiempo después, cuando el pilar central finalmente se desliza. with the measured forces<I F t / F n>being measured some time later, when the central pillar finally slides.

Resultados Results

Las posiciones de la platina (mm) para cada una de las fuerzas normales (N) se utilizaron para calcular la constante de resorte,k,de los pilares sensores. La constante de resortek,es el gradiente de la línea de mejor ajuste dividido el número de pilares:k= 1,174 N/mm. The positions of the platen (mm) for each of the normal forces (N) were used to calculate the spring constant,k,of the sensing pillars. The spring constant k is the gradient of the line of best fit divided by the number of pillars: k = 1.174 N/mm.

Se observó que cuando la placa acrílica comienza a cizallar (aproximadamente a los 2,4 s), se produce una disminución de la fuerza normal. Esto es de esperar, ya que la platina XYZ está programada para permanecer a la misma altura mientras cizalla la superficie acrílica, y los pilares del sensor se doblan, lo que significa que la altura efectiva del sensor disminuye ligeramente. La js se tomó como la relación entre la fuerza tangencial y la fuerza normal en el momento del deslizamiento del pilar central. It was observed that when the acrylic plate begins to shear (approximately at 2.4 s), a decrease in the normal force occurs. This is to be expected, as the XYZ stage is programmed to remain at the same height while shearing the acrylic surface, and the sensor pillars bend, meaning the effective height of the sensor decreases slightly. The js was taken as the ratio between the tangential force and the normal force at the moment of sliding of the central pillar.

En la Figura 7 se muestra un fotograma de vídeo capturado durante el procedimiento de prueba. La cruz roja es la posición original del marcador; la cruz azul es la posición actual del marcador, que se desplaza con la placa acrílica. Los valores resaltados en amarillo son las deflexiones (mm) del marcador (arriba), el pilar central (centro) y el pilar exterior a la izquierda del pilar central (abajo). A video frame captured during the testing procedure is shown in Figure 7. The red cross is the original position of the marker; The blue cross is the current position of the marker, which moves with the acrylic plate. The values highlighted in yellow are the deflections (mm) of the marker (top), the center pillar (center), and the outer pillar to the left of the center pillar (bottom).

En referencia a la Figura 8, se muestra una vista gráfica de la relación de fuerza tangencial a normal en la que cada pilar se desliza en cada nivel de fuerza normal para las superficies de fricción A) alta, B) base y C) baja. Los marcadores son los valores medios y las barras de error se extienden a ± DE. La línea horizontal discontinua indica los ms medidos con una fuerza normal de 0,5 N. Referring to Figure 8, a graphical view of the tangential to normal force ratio in which each pillar slides at each normal force level is shown for the A) high, B) base, and C) low friction surfaces. Markers are mean values and error bars extend to ±SD. The dashed horizontal line indicates the ms measured with a normal force of 0.5 N.

Como se muestra en las Figuras 9 A a 9C, el sensor óptico es capaz de medir el desplazamiento de las protuberancias y la fuerza sobre las mismas. En las representaciones gráficas, la Figura 9A proporciona el desplazamiento de referencia. Las coordenadas XY se obtienen siguiendo desde arriba con una cámara de vídeo un punto manchado en la punta de un pilar. Ponemos en contacto una lámina transparente de plexiglás grueso con la punta del pilar mediante una platina robotizada y la movemos para provocar un desplazamiento XYZ. La platina robótica nos indica la coordenada Z. As shown in Figures 9 A to 9C, the optical sensor is capable of measuring the displacement of the protrusions and the force on them. In the graphical representations, Figure 9A provides the reference displacement. The XY coordinates are obtained by following a spotted point on the tip of a pillar from above with a video camera. We place a transparent sheet of thick plexiglass in contact with the tip of the pillar using a robotic stage and move it to cause an XYZ displacement. The robotic stage tells us the Z coordinate.

La Figura 9C muestra la fuerza de referencia. Se obtiene utilizando un sensor de fuerza de 3 ejes comercial. Figure 9C shows the reference force. It is obtained using a commercial 3-axis force sensor.

La Figura 9B muestra la medición del desplazamiento y la fuerza utilizando cuatro fotodiodos tras un sencillo preprocesamiento. Si hay cuatro fotodiodos dispuestos en un patrón de cuadrante como se muestra, Figure 9B shows the measurement of displacement and force using four photodiodes after simple preprocessing. If there are four photodiodes arranged in a quadrant pattern as shown,

PQ PQ

RS R.S.

A continuación, la intensidad de la luz que perciben se puede preprocesar del siguiente modo para obtener el gráfico central. The perceived light intensity can then be preprocessed as follows to obtain the central graph.

(es decir, suma de todos) (i.e. sum of all)

(es decir, izquierda menos derecha, normalizado) (i.e. left minus right, normalized)

(es decir, arriba menos abajo, normalizado) (i.e. top minus bottom, normalized)

Finalmente, se aprenden dos funciones de mapeo para mapear los valores que miden el desplazamiento y la fuerza mostrados en la Figura 9B a: los valores de la Figura 9A que muestran el desplazamiento de referencia en tres dimensiones, o los valores de la Figura 9C que muestran las fuerzas de referencia en tres dimensiones. Finally, two mapping functions are learned to map the values that measure displacement and force shown in Figure 9B to: the values in Figure 9A that show the reference displacement in three dimensions, or the values in Figure 9C that show the reference forces in three dimensions.

Como se muestra en la Figura 10, los sensores pueden detectar vibraciones. En este ejemplo, la punta de la protuberancia estaba en contacto con un agitador que vibra a lo largo de un solo eje. La imagen adjunta muestra los resultados de una prueba en la que se aplicó una vibración de 10 micras (0,01 mm) a 330 Hz en el eje Z del pilar (es decir, comprimiendo el pilar). El trazo rojo punteado indica el desplazamiento del agitador, mientras que el trazo azul indica la respuesta del sensor fotodiodo; este valor de respuesta del sensor mostrado en el trazo azul se obtuvo mediante el cálculo Z = P Q R S, y se expresa en voltios. As shown in Figure 10, the sensors can detect vibrations. In this example, the tip of the bump was in contact with a shaker vibrating along a single axis. The attached image shows the results of a test in which a vibration of 10 microns (0.01 mm) at 330 Hz was applied in the Z axis of the abutment (i.e., compressing the abutment). The red dashed trace indicates the displacement of the stirrer, while the blue trace indicates the response of the photodiode sensor; This sensor response value shown in the blue trace was obtained by calculating Z = P Q R S, and is expressed in volts.

En las reivindicaciones que siguen y en la descripción precedente de la invención, excepto cuando el contexto requiera otra cosa debido a lenguaje expreso o implicación necesaria, la palabra "comprende" o variaciones tales como "comprende" o "que comprende" se utiliza en un sentido inclusivo; es decir, para especificar la presencia de las características indicadas pero no para excluir la presencia o adición de otras características en diversas realizaciones de la invención. In the following claims and in the preceding description of the invention, except where the context otherwise requires due to express language or necessary implication, the word "comprises" or variations such as "comprises" or "comprising" is used in a inclusive sense; that is, to specify the presence of the indicated characteristics but not to exclude the presence or addition of other characteristics in various embodiments of the invention.

Claims (15)

REIVINDICACIONES 1. Un sistema para evaluar la seguridad del agarre, el sistema comprende:1. A system for evaluating grip safety, the system comprising: una superficie de contacto (10) que comprende una pluralidad de protuberancias (16) que se extienden desde una superficie de base (18), en la que la superficie de contacto (10) tiene al menos una primera región de superficie de contacto (12) y una segunda región de superficie de contacto (14), estando la primera región de superficie de contacto configurada para resistir el deslizamiento menos que la segunda región de superficie de contacto, en la que las protuberancias (16) de la primera región de superficie de contacto (12) se extienden fuera de la superficie de base una distancia menor que las protuberancias de la segunda región de superficie de contacto (14) ya contact surface (10) comprising a plurality of protuberances (16) extending from a base surface (18), wherein the contact surface (10) has at least a first contact surface region (12 ) and a second contact surface region (14), the first contact surface region being configured to resist slipping less than the second contact surface region, in which the protuberances (16) of the first surface region contact surfaces (12) extend outside the base surface a distance less than the protuberances of the second contact surface region (14) and el sistema comprende además un sensor (33) para detectar el deslizamiento en la primera región de la superficie de contacto.The system further comprises a sensor (33) to detect slip in the first region of the contact surface. 2. Sistema según la reivindicación 1, en el que las protuberancias son deformables.2. System according to claim 1, wherein the protuberances are deformable. 3. Sistema según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que las protuberancias están configuradas para moverse independientemente unas de otras.3. System according to claims 1 or 2, wherein the protuberances are configured to move independently of each other. 4. Un sistema como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la distancia no comprimida desde la superficie de base de las protuberancias en la primera región de contacto es menor que la de las protuberancias en la segunda región de contacto.4. A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the uncompressed distance from the base surface of the protuberances in the first contact region is less than that of the protuberances in the second contact region. 5. Un sistema como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las protuberancias están configuradas de tal manera que en uso bajo una presión de agarre constante la fuerza normal sobre una protuberancia en la primera región de contacto es menor que la de una protuberancia en la segunda región de contacto.5. A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the protrusions are configured such that in use under a constant gripping pressure the normal force on a protrusion in the first contact region is less than that of a protuberance in the second contact region. 6. Un sistema como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada protuberancia comprende una cavidad interna que se extiende desde la superficie de base hacia un extremo distal de la protuberancia.6. A system as claimed in any of the preceding claims, wherein each protuberance comprises an internal cavity extending from the base surface towards a distal end of the protuberance. 7. Un sistema según la reivindicación 6, en el que un sensor está situado detrás de la superficie de base en un lugar adyacente a cada cavidad.7. A system according to claim 6, wherein a sensor is located behind the base surface at a location adjacent to each cavity. 8. Un sistema como el reivindicado en la reivindicación 7, en el que una abertura que tiene un diámetro menor que la cavidad está situada entre el sensor y la cavidad.8. A system as claimed in claim 7, wherein an opening having a diameter smaller than the cavity is located between the sensor and the cavity. 9. Un sistema como el reivindicado en la reivindicación 8, en el que el sensor comprende un fotodiodo cuadrante configurado para detectar la luz que emana de los LED situados en un lado de la cavidad de la superficie de base dentro de una protuberancia determinada, que se refleja desde un reflector situado en o cerca del extremo distal de la cavidad y que viaja a través de la abertura hasta el sensor.9. A system as claimed in claim 8, wherein the sensor comprises a quadrant photodiode configured to detect light emanating from LEDs located on one side of the cavity of the base surface within a given protuberance, which It is reflected from a reflector located at or near the distal end of the cavity and traveling through the opening to the sensor. 10. Un sistema como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las protuberancias tienen cada una una cavidad interna, y en el que el sensor comprende una matriz CCD, estando el sistema configurado de tal manera que la matriz CCD detecta la luz que emana de la superficie de base hacia la cavidad, reflejándose desde un reflector situado en el extremo distal de la cavidad, y viajando a través de una abertura en la superficie de base hacia el sensor.10. A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the protuberances each have an internal cavity, and wherein the sensor comprises a CCD array, the system being configured such that the CCD array detects the light emanating from the base surface into the cavity, reflecting from a reflector located at the distal end of the cavity, and traveling through an opening in the base surface toward the sensor. 11. Un sistema como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las protuberancias tienen cada una una cavidad interna, y en el que el sensor comprende una matriz CMOS sensible a la luz, estando el sistema configurado de tal manera que la matriz CMOS sensible a la luz detecta la luz que emana de la superficie de base hacia la cavidad, reflejándose desde un reflector situado en el extremo distal de la cavidad, y viajando a través de una abertura en la superficie de base hacia el sensor.11. A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the protuberances each have an internal cavity, and wherein the sensor comprises a light-sensitive CMOS matrix, the system being configured such that the Light-sensitive CMOS array detects light emanating from the base surface into the cavity, reflecting from a reflector located at the distal end of the cavity, and traveling through an opening in the base surface toward the sensor. 12. Un procedimiento para evaluar la seguridad de agarre, comprendiendo el procedimiento detectar el deslizamiento en una superficie de contacto (10), en donde la superficie de contacto comprende una pluralidad de protuberancias (16) que se extienden desde una superficie de base (18), en donde la superficie de contacto (10) tiene al menos una primera región de superficie de contacto (12) y una segunda región de superficie de contacto (14), estando la primera región de superficie de contacto configurada para resistir el deslizamiento menos que la segunda región de superficie de contacto, las protuberancias (16) en la primera región de contacto se extienden fuera de la superficie de base una distancia menor que las protuberancias en la segunda región de contacto, en donde el procedimiento comprende la etapa de detectar el deslizamiento en la primera región de superficie de contacto por medio de un sensor, preferiblemente en donde las protuberancias están posicionadas para formar una matriz de protuberancias en la base y el movimiento de las protuberancias individuales es independiente o parcialmente independiente uno del otro.12. A method for evaluating grip security, the method comprising detecting slippage on a contact surface (10), wherein the contact surface comprises a plurality of protuberances (16) extending from a base surface (18). ), wherein the contact surface (10) has at least a first contact surface region (12) and a second contact surface region (14), the first contact surface region being configured to resist slippage less that the second contact surface region, the protuberances (16) in the first contact region extend outside the base surface a smaller distance than the protuberances in the second contact region, where the method comprises the step of detecting sliding in the first contact surface region by means of a sensor, preferably wherein the protrusions are positioned to form an array of protrusions at the base and the movement of the individual protrusions is independent or partially independent of each other. 13. Un procedimiento como el reivindicado en la reivindicación 12, en el que cada protuberancia está asociada con un sensor configurado para detectar la luz que emana de la superficie de base hacia la cavidad, reflejándose desde un reflector situado en el extremo distal de la cavidad, y viajando a través de una abertura en la superficie de base hacia el sensor.13. A method as claimed in claim 12, wherein each protuberance is associated with a sensor configured to detect light emanating from the base surface into the cavity, reflecting from a reflector located at the distal end of the cavity. , and traveling through an opening in the base surface toward the sensor. 14. Un procedimiento según la reivindicación 12, en el que la pluralidad de protuberancias se extienden desde la superficie de base hasta una punta, y el procedimiento comprende medir el desplazamiento de la punta en tres dimensiones, y estimar las fuerzas aplicadas a la punta en tres dimensiones en el momento del deslizamiento.14. A method according to claim 12, wherein the plurality of protuberances extend from the base surface to a tip, and the method comprises measuring the displacement of the tip in three dimensions, and estimating the forces applied to the tip in three dimensions at the moment of sliding. 15. Un procedimiento según la reivindicación 12, en el que la pluralidad de protuberancias se extienden a lo largo de un eje desde la superficie de base hasta una punta, y el procedimiento comprende medir el desplazamiento de la punta en tres dimensiones con una alta resolución espacial de manera que se mida la vibración de la punta, y utilizar la medición de la vibración para estimar la textura o el deslizamiento.15. A method according to claim 12, wherein the plurality of protuberances extend along an axis from the base surface to a tip, and the method comprises measuring the displacement of the tip in three dimensions with a high resolution so that tip vibration is measured, and use the vibration measurement to estimate texture or slip.
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